弹性半平面矩形夹杂基本单元解及其应用

工程材料中存在的夹杂通常会对基体材料的弹性场产生扰动,当夹杂位于表界面附近时,夹杂与表界面的相互作用往往导致问题的解析求解变得复杂、困难。推导了二维半平面基体中矩形夹杂所致位移和应力场的基本单元解,用于通过“离散-叠加”来求解半无限平面含任意形状夹杂的弹性场。与之相比,传统的有限元法需要在远大于夹杂尺寸的半无限大基体域上进行网格划分,并且需要在夹杂/基体界面处细化网格以满足计算精度要求。提出了半解析算法,基于矩形夹杂单元封闭解,只需对夹杂区域进行离散,可有效提高计算效率。以半平面基体中含正六边形和圆形夹杂为例,该方法与有限元软件得到的结果进行对比,验证了基于单元解的半解析数值算法的正确性与有效性。     

求特征值的新方法及在半解析法中的应用

本文提出了一种基于ｓｔｕｒｍ序列性质和两分法求特征值的方法,并应用于半解析法中．半解析法是瞬态分析的一种非常有效的解法,在选择最佳时域级数时,要确定结构的特征值,而不必求出相应的特征向量．本文介绍了求解特征值的原理、算法,并编制了程序．算例表明,该法具有较高的精度,可有效地支持半解析法．     

Ⅱ型裂纹SIF和CTOD计算的半解析有限元法

利用弹性平面扇形域哈密顿体系的方程,通过分离变量法及共轭辛本征函数向量展开法,推导了两个圆形奇异超级解析单元列式．这两个超级单元能够分别准确地描述Ⅱ型弹性平面裂纹尖端场和Ⅱ型Dugdale模型平面裂纹尖端场,将该解析元与有限元相结合,构成半解析的有限元法,可求解任意几何形状和载荷的Ⅱ型裂纹应力强度因子和基于Ⅱ型Dugdale模型的裂纹尖端张开位移的计算问题．对典型算例的计算结果表明该方法简单有效,具有令人满意的精度。     

求特征值的新方法及在半解析法中的应用

本文提出了一种基于ｓｔｕｒｍ序列性质和两分法求特征值的方法，并应用于半解析法中，半解析法是瞬态分析的一种非常有效的解法，在选择最佳时域级数时，要确定结构的特征值，而不必求出相应的特征向量，本文介绍了求角特征的原理，算法，并编制了程序，算例表明，该法具有较高的精度，可有效地支持半解析法。     

层状半空间体弹塑性力学分析

本文给出了层状半空间体弹塑性问题分析一种半解析元方法，该方法采用二维解析一维离散建立半解析单元，与有限元法相比极大地减少了计算工作量。     

陶瓷—金属界面的垂直微裂纹问题

本文把陶瓷—金属界面看做是在陶瓷基体中包含的圆柱形金属夹杂，在夹杂半径趋近无穷大时的极限情形．采用位错连续分布理论，给出了平面应变条件下圆形夹杂两侧的半裂纹的位错密度函数及应力强度因子的解析表达式．让圆形夹杂的半径趋向无穷大，便可得到陶瓷—金属界面的垂直微裂纹的有关结果．根据所得结果，分析了陶瓷和金属材料的弹性模量及热膨胀系数的差异对于其焊接界面微开裂的影响．所得结论对于陶瓷—金属的焊接工艺有指导意义．     

复合材料中夹杂内位错和圆弧形界面裂纹的弹性干涉效应

研究了夹杂中螺型位错和圆形弹性夹杂界面裂纹的相互干涉问题。运用复变函数的解析延拓技术与奇性主部分析方法，获得了该问题的一般解答。作为典型例子，求出了含一条界面裂纹时基体和夹杂区域复势函数的封闭形式解．导出了位错在夹杂中任意位置时界面裂纹尖端应力强度因子和位错力的解析表达式。该解答可作为Green函数研究夹杂中裂纹和界面裂纹的干涉作用，且公式的退化结果与已有献一致。     

固支双裂纹试件的无限相似单元转换解

用半分析方法求解固支双裂纹试件的应力强度因子．在这种方法中，以裂纹尖端附近的半解析表达式为插值函数，将裂纹尖端附近的自由度转化为一组广义坐标．裂纹尖端附近用自动产生的无限小相似单元适应裂纹尖端附近的应力奇异性，利用相似单元具有相同刚度矩阵的特点，只需少数单元的刚度矩阵．得到了精度较高的固支双裂纹梁的应力强度因子．     

纵向剪切下螺型位错和圆形夹杂界面裂纹的干涉作用

研究了无穷远纵向剪切下圆形弹性夹杂界面裂纹与基体中任意位置螺型位错的相互干涉问题。运用复变函数的解析延拓技术与奇性主部分析方法，获得了该问题的一般解答，作为算例，求出了含一条界面裂纹时基体和夹杂区域应力函数的封闭形式解，导出了位错在基体中任意位置时位错力的计算公式，数值结果表明，界面裂纹对位错与夹杂的干涉作用具有强烈的扰动效应，当界面裂纹达到一定弧度时，可以将硬夹杂对位错的排斥作用改变为吸引。     

正交叠层极横向裂纹扩展分析(Ⅰ)——初始开裂

基于剪滞理论,提出一种称之为有限子层剪滞模型,研究了轴向拉伸复合材料正交叠层板的横向基体初始开裂问题;求得了横向裂纹扩展时的应力重分布;算出了相应的应变能释放率.根据能量准则,预测了此类复合材料的初始破坏应变,得到了与现有实验相符的结果.     

基于简化Zinoviev力学模型的复合材料层压板失效分析

根据Zinoviev对复合材料单层板的力学行为分析,对单层板在横向载荷和剪切载荷作用下的力学模型进行了简化,并提出了形式简单的刚度折减公式.结合二维Hashin准则,采用增量法,编写了复合材料层压板强度预测程序.应用该程序对典型算例进行了强度预测,结果显示,简化后的模型能够在保证原模型计算精度的基础上,使计算过程更加简化,方便应用.
     

超轻多孔“类蜂窝”夹层结构材料设计方法研究综述

随着夹层结构材料在工程领域中的不断推广应用,现有夹层结构材料逐渐不能满足工程设计要求,迫切需要开发高效、节能并易于加工的新型夹层结构材料。结合重大应用背景(主要包括超轻高强金属夹层结构材料在汽车、航空航天、机械等领域的高质量、高能耗装备中的应用),提出并构建一种新型"类蜂窝"夹层结构材料,研究夹芯层的力学性能等效方法,夹层结构的强度、刚度和固有频率特性,以及基于失效准则的结构材料一体化设计方法,为轻量化材料和结构的创新设计提供新的思路。     

半刚性及复合基层沥青路面破损指标演变规律研究

为对高速公路路面科学养护决策提供有效的数据支持,对半刚性基层、复合基层沥青路面破损数据进行汇总分析,提出沥青路面平均病害种类、病害覆盖率及贡献率等路面破损衍生指标。分析结果表明:复合基层、半刚性基层路面不同时期平均病害种类基本一致,病害覆盖率、贡献率最大均是横裂修补、纵裂修补、纵向裂缝(轻)、横向裂缝(轻)等4种病害;半刚性基层早期微裂缝的扩展速度明显高于复合基层路面,两种基层路面的纵向裂缝(重)病害发展最迅速阶段出现于同一阶段;相较于半刚性基层,复合基层将横向裂缝(重)、块状裂缝发展最迅速阶段延后,复合基层路面比半刚性基层路面具有更好的养护弹性。路面养护策略、措施的选择,宏观上应该根据不同基层类型及路面病害在不同时期的演变规律进行选择。     

复合材料T型接头拉伸断裂行为的数值模拟

针对碳纤维复合材料T型接头在拉伸载荷下的断裂行为及其失效强度进行了数值预测,并将预测结果与试验数据进行了对比分析.在该数值模型中,分别使用增强有限单元法和内聚力模型考虑了T型接头三角区填充材料裂纹和层间界面分层的萌生与传播过程.结果表明,数值计算结果与试验结果对比较好,三角填充区域是T型接头结构中裂纹最先萌生的位置;填充材料的断裂行为并不影响T型接头最终失效载荷;加强筋层合板与蒙皮层合板间的分层行为是T型接头拉伸失效的根本原因.     

缺口小裂纹的疲劳扩展速率

将复型技术应用于疲劳小裂纹扩展试验中的裂纹长度测量。在等载荷比R=0.1、不同平均载荷水平影响的疲劳条件下,板试样V型缺口小裂纹疲劳扩展速率做了试验测试;通过结果分析,提出了缺口小裂纹疲劳扩展速率表达式,并以εp为控制参数,求出45~#钢的计算式。     

复合材料层压板疲劳寿命预测方法

测定了碳纤维／树脂基T300／QY8911复合材料的3组典型单轴循环应力下的S-N曲线．基于试验数据，建立了多轴循环应力作用下单向板的寿命模型，并通过整合平面应力分析、失效分析和材料性质退化模块模拟多向层压板的疲劳失效过程．这种方法试图基于单向板在确定应力比下的疲劳试验结果，预测同种材料体系的任意铺层形式的多向层压板在复杂循环应力作用下的疲劳寿命．对于以分层破坏为主控因素的层压板，基于层间应力的计算结果，用计算面内累计损伤的方法计算分层损伤，层压板的寿命等于分层扩展寿命和分层后子层板剩余寿命之和．考虑分层扩展后，层压板的寿命预测结果得到明显改善．     

椭圆形零件的坐标测量法

指出文献［１］中所述方法未解决精确求解坐标系内任意位置椭圆的对称中心及长、短轴问题，分析了该算法的误差成因及局限性，提出改进的算法。提出一种新的算法，得到了求任意位置椭圆参数的方法。     

变厚度及加肋功能梯度板分析的半解析方法

给出的功能梯度材料构件半解析数值方法不同于一般的半解析法,而是用一维离散,给出三维分析结果,并针对功能梯度材料的材料参数随空间坐标变化的特点,将材料参数纳入到力学方程中进行整体积分计算,从而编制统一程序计算不同情况下的板件问题.并且用半解析法分析变厚度及加肋功能梯度板,给出了不同于经典平板理论的功能梯度板件力学量三维分布形态.     

飞机风挡裂纹/破裂类事件统计及Bow-tie模型分析

为分析航空器风挡裂纹/破裂类事件的安全风险,收集1 629份风挡裂纹/破裂类事件,对样本事件涉及故障状况、飞行阶段、故障原因等特征进行统计分析,确定风挡裂纹/破裂类事件的可能原因、潜在后果及其预防、减缓控制措施并绘制了风挡裂纹/破裂类事件Bow-tie模型图。结果表明：风挡损伤的主要情形包括裂开、裂缝、结冰、烟雾、划伤等;涉及风挡及相关部件故障以加温故障、雨刷故障为主;飞行阶段以巡航、爬升为主;风挡裂纹/破裂事件的主要原因为鸟击、零部件缺失/故障、系统失效/故障、冰击,最终有针对性地提出预防措施：机务、机组等相关人员应做好航前、航后检查;对零部件缺失/损坏/磨损、系统失效、鸟击等高发事件类型进行重点关注,提高机组人员对此类突发事件的应对能力等。